碳中和背景下，碳捕获和封存的春天来了吗？

原标题：碳中和背景下，碳捕集与封存的春天来了吗？

本文来自微信公众号：天天京头条（ID：nbdtoutiao），记者：张凌霄，编辑：蓝素英，头像来自：视觉中国

过去一年，从高温热浪到暴雨洪涝，全球多地遭遇罕见极端天气，损失惨重。多位专家认为，极端天气频繁发生的主要原因是全球气候变化，而人类活动排放的温室气体是造成气候变化的主要原因。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）近期发布的报告显示，自1850年至1900年，人类活动排放的温室气体导致气温升高约1.1摄氏度。预计未来20年全球气候温度升高将达到或超过1.5摄氏度。

为应对日益严峻的全球气候变化形势，IPCC呼吁各国减少碳排放，促进碳中和，努力实现二氧化碳净零排放。为实现这一目标，除了大规模实施可再生能源替代、挖掘可再生能源制氢等节能减碳技术潜力外，还需要大力发展碳捕集与封存（CCS）技术。 ）和零碳工业流程再造等技术。

CCS是指将二氧化碳从工业生产、能源利用或大气中分离出来，通过工程技术将捕获的二氧化碳注入深部地质储层，使其与大气长期隔离，从而遏制气候变化趋势。变暖。

根据爱尔兰市场研究机构Research and Markets发布的数据，2020年全球CCS市场预计将达到28亿美元左右，2026年这一数字将达到49亿美元。 作为CCS价值中非常重要的一部分碳捕集可以通过多种方式进行，包括燃烧前捕集、富氧捕集、燃烧后捕集和直接空气碳捕集（DAC）。其中，DAC被一些科学家视为抑制全球变暖的武器，其在国际上的认可度与日俱增。

2021 年 12 月，硅谷科技“疯子”马斯克在社交媒体上表示，他的美国太空探索技术公司 SpaceX 正在启动一项新计划，从地球大气中提取二氧化碳并将其用作火箭燃料。他曾宣称：“从长远来看，利用太阳能去除大气中的二氧化碳，并将其与水结合，为火箭制造燃料和氧气。”

就在几个月前，世界上最大的DAC工厂Oka在冰岛西南部投产。据报道，该工厂每年将能够捕获 4,000 吨二氧化碳，大约相当于 790 辆乘用车的年排放量，然后通过开创性的矿化过程将其永久储存在地下。

如何捕获空气中的二氧化碳？捕获的二氧化碳将如何储存和使用？ CCS能否有效遏制全球变暖趋势？市场前景如何？距离大规模应用还有多远？对此，《每日经济新闻》（以下简称NBD）记者采访了苏格兰碳捕集与封存研究中心主任Stuart Haszeldine、英国碳捕集与封存研究中心（Jon Gibbins)*，探讨CCS技术的发展现状和应用潜力。

捕获空气中的碳是否可行？

NBD：直接空气碳捕获 (DAC) 被认为是一种可以从大气中去除二氧化碳的罕见技术。能否介绍一下这项技术以及DAC技术与其他碳捕集技术相比有哪些优势？

Stewart Haselding：DAC技术是一种新兴的二氧化碳捕获技术，用于从正常空气中提取二氧化碳，净化率达到90%或更高。相关技术创新和发展潜力巨大。 DAC最重要的优点是它可以应用于世界上任何有能源供应和二氧化碳安全储存场所的地方。

在二氧化碳的运输和储存方面，DAC采用的方法与工业机构或发电厂的方法非常相似，但由于DAC设施可以放置在靠近储存点的位置，因此可以最大限度地降低压缩和运输成本。

NBD：DAC的主要技术方法有哪些？

Stuart Haselding：目前，正在开发的 DAC 类型包括液体吸附方法。吸附剂会以非常大的表面积与大气接触；固体吸附剂，二氧化碳被多孔固体吸收后再次释放；与静电吸附法一样，充满二氧化碳的液体吸附剂可以通过短电荷活化，比加热吸附剂消耗的能量少得多。

NBD：您能分析一下这项技术的市场潜力吗？

Stewart Haselding：DAC技术有很多潜在客户，可以分为三类：第一类是提炼碳氢化合物的组织或行业。他们的二氧化碳捕获率需要100%，捕获率在70~90.%的时候成本会非常高，DAC可以（作为补充）捕获剩余的二氧化碳；其次是拥有计算机服务器群的大型软件公司或机构，因为它们会直接或间接排放二氧化碳，因此可以聘请DAC操作员捕获和储存二氧化碳；第三类是想要收集二氧化碳以进行回收的组织。在循环经济中，从大气中回收二氧化碳，经过技术处理，可制成甲烷或碳氢化合物，然后用于运输燃料出售。

NBD：分析认为该技术仍处于发展的早期阶段。您认为它目前面临的主要挑战是什么？

Stewart Haselding：DAC 面临的主要挑战是如何以极低的成本消耗最少的能源或捕获二氧化碳。

DAC 通常使用化学溶剂来捕获二氧化碳。在捕获过程中，需要能量来加热溶剂以改变其化学状态。与发电厂或工业应用中的碳捕获和储存相比，DAC 消耗更多的能量，因为空气中的二氧化碳浓度低于烟气或工业废气中的二氧化碳浓度。

“将碳储存在地下”是否安全？

NBD：捕获的二氧化碳将如何储存？

Stewart Haselding：事实上，碳储存技术（不包括二氧化碳分离和净化）已经在世界范围内广泛应用。地质储存是长期储存二氧化碳的最安全、最简单的方法之一，同时也有助于减少气候变化。

在自然环境中，火山活动产生的二氧化碳自然储存在多孔的沉积岩中，并已安全储存了数百万甚至数千万年。

在工业领域，从1972年开始，石油工业为了提高石油采收率，开始应用二氧化碳封存技术。从天然渠道或工业来源获得的二氧化碳可以通过管道输送到水资源稀缺或原油粘度很低的油田，注入油田（扩大油量），可以提取更多的石油。由于石油产量的增加可以带来高价值，这项活动可以创造大量的利润，二氧化碳也可以储存在石油中。

但难点在于掌握可注入的二氧化碳量。监管部门可以强制工厂在油气开采完毕后继续在已开采油气田中储存更多的二氧化碳，不应让石油公司单纯以利润为考虑来确定注入量。

NBD：长期的应用基础是否意味着固碳技术已经非常成熟？

Stewart Haselding：总的来说，我认为碳储存面临的问题不在于技术或监控，而在于提高公众、政策制定者、政治家和银行投资者对碳储存的认识。该应用程序已经使用了 50 年。

世界各地有许多小规模和大规模碳储存测试的例子。目前，已有100多个项目采用二氧化碳注入回收石油并将二氧化碳安全储存在地下； 20多个项目利用二氧化碳注入实现碳储存，为环境恢复和应对气候变化做出了贡献。

Jon Gibbins：二氧化碳的地质封存在技术层面上已经得到广泛的了解，已经发展到比较成熟的水平。但不可否认的是，地质封存仍然存在不可避免的不确定性，因为无法完全准确地检测地下岩石的特征，也就是说，很难确定特定地点可以封存多少二氧化碳。以及应该以什么速率注入二氧化碳。进入这个区域。不过，考虑到大部分场馆都有多重密封屏障，二氧化碳泄漏的可能性不大。

CCS设施建设因地制宜

NBD：今天，CCS设施建设正在快速发展。数据显示，2021年1月至11月底，公布的CCS设施建设计划超过100个，管道项目的推进有望使二氧化碳捕集能力翻两番。在设施规模上，您认为CCS设施应该大还是小？

Stewart Haselding：CCS 设施的规模最好由年处理能力决定。

如果处理的气体量很大，总量上百万吨/年，那么建设和共享大型管道，建设大型碳捕集设施，从炼油厂等大型工业设施中分离二氧化碳，发电厂或制氢厂。每吨二氧化碳的运输和储存成本无疑会大大降低，因为一些碳捕集过程需要加热，而大型设备工作具有大规模的热经济学。当然，大型设备也有其缺点，即造价巨大、建设时间长、操作灵活性相对较低。

另一方面，在一些领域，二氧化碳的小规模分离已经实现并投入商业使用，如利用变压吸附净化氢气，使其成为纯度99%以上的清洁气体。这些设备处理的气体量通常在每年几千吨的水平，而不是数百万吨。因此，化学工程师需要了解（设施的）纯度和效率方面的要求非常重要。

NBD：CCS 工厂应如何确保其捕获的碳多于其自身运营中产生的碳？

Stewart Haselding：DAC 设备的目标是从大气中捕集和净化二氧化碳浓度仅为 0.04% 的二氧化碳，而工业领域的二氧化碳捕集是来自更高浓度的混合物（二氧化碳含量为4% 到 15%）。 ) 分离二氧化碳。这两者都需要通过化学溶剂来实现。对于溶剂的选择，一方面需要对二氧化碳有很强的吸附能力，另一方面可以用较少的能量释放捕获的二氧化碳。

（在使用溶剂的前提下，）二氧化碳的解吸应通过加热溶剂或在溶液中发射静电脉冲来进行。因此，只要能源输入过程是低碳的，整个碳捕集过程就是高效的。

大规模商用还有多远？

NBD：实现低成本、高效率的CCS一直是业界的难题。您认为我们如何才能有效降低成本？

Stuart Haselding：其实在欧洲，CCS的成本已经大大降低了，主要通过两条途径：一是改进分离设备的设计和组成，碳捕集是成本最高的环节，而这个环节目前是成本二氧化碳的排放量减少了 20% 至 50%；二是聚合多源二氧化碳，形成工业区二氧化碳排放“集群”。这些工业区的跨度为 1 至 50 公里，可以通过共享管道以较低的成本运输、压缩和储存二氧化碳。

现在很多不同的项目都有多种二氧化碳来源，可以将二氧化碳储存在多个储存点，大大提高了二氧化碳的捕集、运输和储存效率，降低了商业项目的成本。

Jon Gibbins：只要大规模应用CCS，就有机会不断地从以前的项目中汲取经验，然后将所获得的经验融入现有电厂的改造和新电厂的建设中。

除了通过扩大行业规模和自然市场竞争来降低成本外，政府可以鼓励那些前期获得大量政府补贴、较早开始运营的CCS工厂广泛分享他们获得的相关知识。 ，回馈社会，推广运营工厂的技术。提升。

NBD：CCS技术在哪些领域的商业应用最值得期待？

Stewart Haselding：只要有买家购买二氧化碳，他们所处的市场就是CCS商业化的领域。有许多不同的二氧化碳来源、不同类型的碳捕获以及市场上不同的二氧化碳价格。一些市场为二氧化碳购买者提供政策激励。例如，加州清洁燃料标准对长期储存的每吨二氧化碳奖励超过 100 美元，美国 45Q 税收抵免计划每吨二氧化碳奖励 50 美元。奖励。

Jon Gibbins：CCS技术可以应用于任何使用化石燃料或人造二氧化碳或其他温室气体的领域——CCS的目标是从“减少”（二氧化碳）到零（二氧化碳）。因此，几乎所有人类的商业活动都需要思考未来如何最好地利用各种CCS方法。

NBD：您认为政府应该在 CCS 的推广和商业化中扮演什么角色？

Stewart Haselding：现在是从研究和规划转向实际应用的时候了。大量有关该技术的信息可为政府鼓励和支持CCS商业化提供参考。

英国爱丁堡大学和牛津大学的相关研究表明，要到2050年实现净零排放，以履行“碳回收义务”为目标，国家政策层面要求碳储存最可靠、最快和最便宜的脱碳和发展。二氧化碳储存技术的路径。这将创造更多的二氧化碳买家，并且比目前流行的碳税或排放定价方法更便宜、更公平。

Jon Gibbins：政府能做的最重要的事情就是支持大型二氧化碳管道系统和地质封存场的建设。这种基础设施对CCS行业至关重要，但很难像公路、铁路、电网、供水、污水等基础设施一样，自行建设。

对于DACCS（Direct Air Carbon Capture and Carbon Sequestration），政府应支持企业或个人尽可能使用DACCS间接捕获排放的二氧化碳，同时要求企业补偿其他温室气体排放。这非常重要，可以缓解变暖趋势。

此外，政府可以提供一些资金来帮助发展和监管DAC（就像早期发展可再生能源一样），当然也应该推动二氧化碳运输和储存基础设施的建设。

*苏格兰碳捕集与封存研究中心是英国最大的碳捕集与碳封存技术实验室。哈塞尔丁是世界上最早开始研究碳捕获和碳储存技术的学者之一。吉宾斯所在的英国碳捕集与封存研究中心由英国工程与物理科学研究委员会 (EPSRC) 资助，是英国国家研究与创新署 (UKRI) 能源项目的一部分。

This article comes from WeChat public account: Every Jing Toutiao (ID: nbdtoutiao), reporter: Zhang Lingxiao, editor: Lan Suying